Il progetto UE InShaPe potenzia la produzione additiva di metalli con una svolta in termini di efficienza, economicità e sostenibilità

____ KRAILLING, GERMANIA, 24 luglio 2025

 

Sestuplicare la produttività, dimezzare i costi di produzione, ridurre significativamente il consumo energetico e lo spreco di materiale, migliorare la qualità dei componenti: il progetto di ricerca InShaPe, finanziato dall'UE, ha pubblicato numeri impressionanti. Negli ultimi tre anni, il consorzio ha sviluppato un nuovo approccio di ottimizzazione del processo che combina la modellazione del fascio basata sull'intelligenza artificiale con l'imaging multispettrale (MSI) nel processo di produzione additiva a letto di polvere di metalli basato sul laser (PBF-LB/M). L'obiettivo del progetto era quello di migliorare significativamente l'efficienza, la fattibilità economica e la sostenibilità di questo processo di produzione. I partner del progetto hanno sperimentato con successo queste innovazioni in cinque complessi dimostratori industriali nell'industria aerospaziale, nel settore energetico e nell'ingegneria meccanica. La Professorship of Laser-based Additive Manufacturing dell'Università Tecnica di Monaco (TUM) ha coordinato il progetto, collaborando con altri dieci partner provenienti da otto Paesi. Finanziato dall'Unione Europea, InShaPe ha ricevuto 7,2 milioni di euro dal programma quadro Horizon Europe.

Il metodo di produzione additiva (AM) noto come fusione a letto di polvere di metalli basata su laser è oggi una tecnologia fondamentale per la produzione di parti metalliche complesse. Tuttavia, i profili rigidi dei raggi laser e l'insufficiente monitoraggio del processo creano spesso problemi durante il processo di fusione, causando potenzialmente difetti nei materiali e bloccando la produzione. Ciò comporta sprechi e un maggiore consumo di energia, con conseguente aumento dei costi di produzione e rallentamento del processo produttivo. Il consorzio del progetto europeo InShaPe ha affrontato queste sfide e ha studiato un nuovo approccio che combina la modellazione del raggio basata sull'intelligenza artificiale e l'imaging multispettrale.

Sestuplicare la produttività: il nuovo processo produttivo eccelle nella pratica

I partner del progetto InShaPe hanno apportato significativi miglioramenti della produttività al processo PBF-LB/M. In una serie di applicazioni industriali, hanno ottenuto incrementi di produttività superiori al 600% (6,2 x), compresi tassi di produzione fino a 93,3 cm³/h in componenti che utilizzano Inconel 7181. Il tasso di produzione iniziale era di 15 cm³/h. Allo stesso tempo, il consorzio ha ridotto i costi del 50%, raggiungendo un importante obiettivo del progetto.

I partner del progetto hanno dimostrato l'innovazione del beam shaping e dell'imaging multispettrale (MSI) in cinque applicazioni industriali: una girante per il settore aerospaziale (Inconel 718), un componente di una turbina a gas industriale (Inconel 718), una parte di una camera di combustione utilizzata nello spazio (CuCrNb), la testa di un cilindro di una motosega (AlSi10Mg) e componenti per antenne satellitari utilizzate nelle comunicazioni spaziali.

 

1 L'Inconel 718 è una superlega a base di nichel-cromo le cui caratteristiche sono l'elevata resistenza e la resistenza alla corrosione e al calore. Viene spesso utilizzato per componenti esposti a temperature e pressioni elevate o ad ambienti corrosivi, come quelli delle applicazioni aerospaziali.

 

Dimostratore InShaPe in fase iniziale (materiale: IN718) © Frederik Watzka

Modellazione del fascio basata sull'intelligenza artificiale in combinazione con l'imaging multispettrale

Le tecnologie di modellazione intelligente del fascio e di imaging multispettrale lavorano in stretta sintonia per un processo AM notevolmente migliorato. Il profilo del fascio laser viene adattato in modo specifico al componente, alla sua geometria e al suo materiale. Ciò migliora la qualità del componente e accelera la lavorazione, evitando problemi quali cricche, spruzzi e condensa che altrimenti comporterebbero esigenze di rilavorazione e/o creerebbero scarti. I ricercatori di InShaPe hanno scoperto che un profilo del fascio a forma di anello, in combinazione con strategie di scansione ottimizzate, funziona particolarmente bene per una vasta gamma di applicazioni. Invece di utilizzare un fascio gaussiano, hanno modulato il fascio per distribuire la sua intensità in un profilo ad anello per generare il pool di fusione. In questo modo si ottiene una zona di fusione più stabile e una lavorazione più uniforme del materiale.

In parallelo, il nuovo sistema di imaging multispettrale acquisisce segnali in vari intervalli di lunghezza d'onda e monitora il processo PBF-LB/M in tempo reale. In questo modo, è possibile rilevare tempestivamente i cambiamenti termici nel bagno di fusione. I dati registrati confluiscono direttamente nella gestione del processo. I difetti che in precedenza bloccavano la produzione o richiedevano la rilavorazione dei pezzi possono ora essere corretti, consentendo al processo di continuare senza grandi ritardi.

Parte di turbina a gas industriale per il settore energetico (materiale: IN718) © Frederik Watzka

Introduzione industriale pionieristica per la produzione in serie

In sintesi, questo approccio innovativo rappresenta un importante passo avanti sulla strada della produzione industriale in serie con PBF-LB/M. La combinazione di modellazione intelligente del fascio e controllo del processo MSI consente di ottenere una fusione più stabile, riducendo una fonte di difetti e garantendo un uso mirato e meno dispendioso delle risorse energetiche. Di conseguenza, i pezzi metallici complessi possono essere prodotti più rapidamente, a costi inferiori e in modo più sostenibile, mentre la qualità migliora e la produttività aumenta in modo significativo. InShaPe apre quindi la strada a una più rapida introduzione industriale della modellazione del fascio basata sull'intelligenza artificiale e del controllo del processo MSI, rafforzando il progresso tecnologico nell'AM, in particolare per i settori aerospaziale, energetico e automobilistico. "L'interesse accademico e industriale per il nostro lavoro è molto alto. Siamo lieti che questa tecnologia sarà presto utilizzata nei sistemi industriali e favorirà i progressi nel controllo dei processi, nell'assicurazione della qualità e nelle capacità applicative in diversi settori", ha commentato il coordinatore di InShaPe, la professoressa Katrin Wudy della Scuola di Ingegneria e Design dell'Università Tecnica di Monaco.

Dispositivi di combustione per applicazioni spaziali (materiale: CuCrNb) © Frederik Watzka

Informazioni sul progetto UE InShaPe

Finanziato dall'Unione Europea, il progetto InShaPe è stato lanciato nel giugno 2022. Alla fine di maggio 2025, aveva ricevuto 7,2 milioni di euro di finanziamenti da Horizon Europe, il programma quadro dell'UE per la ricerca e l'innovazione. L'obiettivo del progetto era migliorare l'efficienza, la fattibilità economica e la sostenibilità della fusione a letto di polvere di metalli basata sul laser e trasformarla in una tecnologia di produzione commercialmente diffusa. Il progetto è stato portato avanti dall'Università Tecnica di Monaco di Baviera con altri dieci partner provenienti da Germania, Francia, Israele, Italia, Paesi Bassi, Svezia, Slovenia e Spagna. Il progetto è stato gestito dalla professoressa Katrin Wudy, responsabile della cattedra di fabbricazione additiva basata sul laser presso l'Università Tecnica di Monaco.

Girante per applicazioni spaziali (materiale: IN718) © Frederik Watzka

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Profilo InShaPe

 

Nome del progetto: InShaPe (Grant Agreement n. 101058523) - Green Additive Manufacturing through innovative beam shaping and process monitoring
Durata: 06/2022 - 05/2025
Coordinamento: Università Tecnica di Monaco, Germania
Partner del progetto:
AeniumEngineering, Spagna
AMEXCI, Svezia
Bavarian Research Alliance GmbH, Germania
BEAMIT Group, Italia
EindhovenUniversity of Technology, Paesi Bassi
EOSEOS GmbH Electro Optical Systems, Germania
IMT, Institute of Metals and Technology, Slovenia
OerlikonAM Europe GmbH, Germania
SILIOSTechnologies, Francia
Technion - Israel Institute of Technology, Israele

Coordinatore del progetto: Prof. Dr-Ing. Katrin Wudy, Università Tecnica di Monaco
Programma: Horizon Europe
Importo totale del finanziamento: 7,2 milioni di euro
Finanziamento: Unione Europea

Questo progetto è stato finanziato dal programma di ricerca e innovazione Horizon Europe dell'Unione Europea con l'accordo di sovvenzione n. 101058523. I punti di vista e le opinioni espresse sono tuttavia esclusivamente quelli dell'autore o degli autori e non riflettono necessariamente quelli dell'Unione Europea. Né l'Unione Europea né l'autorità concedente possono essere ritenute responsabili.

Contatto con la stampa:
Coordinatore del progetto:
Prof. Dr.-Ing. Katrin Wudy
Scuola di Ingegneria e Design della TUM
Cattedra di Fabbricazione Additiva a base laser
Università Tecnica di Monaco
Tel: +49 (89) 289 - 55320
E-mail: katrin.wudy@tum.de
www.mec.ed.tum.de/en/lbam/home/

Informazioni su EOS

 

EOS fornisce soluzioni di produzione responsabile tramite tecnologie di stampa 3D industriale a organizzazioni di tutto il mondo. Dal 1989, EOS ha plasmato il futuro della produzione consentendo ai suoi clienti di innovare e differenziarsi grazie a una guida esperta, alla tecnologia e ai servizi, sfruttando le sue partnership end-to-end nel settore della produzione additiva (AM). Dalla strategia alla formazione, fino alla produzione, EOS è il partner leader a livello mondiale per le soluzioni AM sia in metallo che in polimero, accelerando il time-to-market per i suoi clienti attraverso efficienze produttive di alta qualità e soluzioni sostenibili.

Materiale grafico: Centro stampa EOS

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